Физическая сущность сверхпроводимости в полупроводниках. История открытия данного явления. Свойства сверхпроводников I и II рода. Влияние магнитного поля на сверхпроводящее состояние вещества. Перспективы применения сверхпроводниковых технологий.
Масштабы новой индустриальной революции могут сравнится с тем, как изменился образ жизни людей после обнаружения замечательных свойств полупроводников. Уже исполнилось 100 лет со времени открытия явления сверхпроводимости и 50 лет с тех пор, когда зародились низкотемпературные сверхпроводниковые технологии (НТСП-технологии). Их использование позволило создать такие уникальные исследовательские установки, как ускорители заряженных частиц на сверхвысокие энергии, детекторы для ядерной физики и физики элементарных частиц, установки для термоядерных исследований с магнитным удержанием горячей плазмы, лабораторные сверхпроводящие магнитные системы, ответственные устройства специальной техники, измерительные приборы рекордной чувствительности и точности.Согласно этой теории электроны в сверхпроводнике при охлаждении его до определенной критической температуры объединяются в пары, взаимодействуя через кристаллическую решетку. Такие сильные связи позволяют им беспрепятственно двигаться через кристаллическую решетку, помогая друг другу. Электроны несут одноименный заряд и поэтому не могут притягиваться друг к другу непосредственно. Однако при движении первый электрон (сплошная траектория) притягивает положительно заряженные ионы в узлах кристаллической решетки, смещая их и образуя локальный избыток положительного заряда (и вызывая упругие колебания решетки - фононы). Пространственное перекрытие огромного числа пар приводит к строгой взаимной согласованности, пары не могут двигаться независимо друг от друга, как электроны в проводнике.Для сверхпроводников I рода характерны скачкообразный переход в сверхпроводящее состояние и наличие одной критической напряженности магнитного поля, при которой наблюдается этот переход. Значения критической температуры Тк и критической напряженности магнитного поля Нк у них малы (максимальное значение Тк и Нк в этой группе материалов имеет свинец: Тк=7,2 К, Нк=65КА/м, а минимальное - вольфрам, у которого величина Тк = 0,01 К, а Нк =0,1 КА/м), что затрудняет их практическое применение. Низкие значения Нк у сверхпроводников I рода существенно ограничивают плотность тока, что препятствует их практическому использованию.Сверхпроводники II рода переходят в сверхпроводящее состояние не скачкообразно, как сверхпроводники I рода, а в некотором интервале температур. Соответственно для сверхпроводников II рода различают нижнее критическое поле Нк 1, верхнее критическое значение поля Нк 2. При достижении магнитным полем величины Нк 1начинается проникновение магнитного поля в сверхпроводник, и электроны, скорость которых перпендикулярна Н, под влиянием силы Лоренца начинают двигаться по окружности. Ствол нити остается нормальным, несверхпроводящим металлом, вокруг которого движутся электроны, обеспечивая сверхпроводимость. В центре канала куперовских пар нет, и сверхпроводимость отсутствует. сверхпроводимость сверхпроводник магнитное технологияДостаточно сильное магнитное поле, создаваемое как током, протекающим в сверхпроводнике, так и посторонними источниками, при данной температуре разрушает сверхпроводящее состояние вещества. Магнитное поле с напряженностью Hc, которое при данной температуре вызывает переход вещества из сверхпроводящего состояния в нормальное, называется критическим полем. Если сверхпроводник поместить в магнитное поле, то каждой температуре соответствует определенное критическое магнитное поле Нс. При определенной напряженности Hk магнитного поля, создаваемого как током, протекающим в сверхпроводнике, так и посторонними источниками, сверхпроводящее состояние проводника исчезает.Перспективы практического применения сверхпроводимости были очевидны давно, но первые сверхпроводники требовали низких температур и могли проводить лишь небольшие токи; при превышении критической плотности тока сверхпроводимость разрушалась. Спектр применений сверхпроводников удобно разделить на относительно маломощную электронику (быстродействующие вычислительные устройства, детекторы магнитного поля и излучений, оборудование для связи в микроволновом диапазоне) и силовые применения (кабели, токоограничители, магниты, моторы, генераторы, накопители энергии). В силовых применениях сверхпроводники позволяют снизить энергопотери и сократить массогабаритные показатели оборудования. Ограничивающим фактором является необходимость поддержания проводника при низкой температуре, что само по себе требует энергозатрат, поэтому наиболее актуальны применения в устройствах большой мощности: электрические линии для передачи мощности порядка десятка мегаватт и более, промышленные производства с высоким концентрированным энергопотреблением. Высокая плотность тока в сверхпроводниках позволяет уменьшать размеры оборудования, а также создавать магнитные поля высокой интенсивности, недостижимые обычной аппаратурой.В недалеком будущем сверхпроводимость станет одной из базовых составляющих технического прогресса во многих секторах экономики и будет играть важную роль в нашей повседневной жизни.
План
Содержание
Введение
1. Понятие о сверхпроводимости
2. Сверхпроводники I рода
3 Сверхпроводники II рода
4. Сверхпроводник в магнитном поле
5. Перспективы развития сверхпроводниковых технологий
Заключение
Библиографические источники
Введение
Человечество стоит на пороге очередного технологического прорыва, способного перевернуть привычный всем нам мир. Масштабы новой индустриальной революции могут сравнится с тем, как изменился образ жизни людей после обнаружения замечательных свойств полупроводников.
Уже исполнилось 100 лет со времени открытия явления сверхпроводимости и 50 лет с тех пор, когда зародились низкотемпературные сверхпроводниковые технологии (НТСП-технологии). Их использование позволило создать такие уникальные исследовательские установки, как ускорители заряженных частиц на сверхвысокие энергии, детекторы для ядерной физики и физики элементарных частиц, установки для термоядерных исследований с магнитным удержанием горячей плазмы, лабораторные сверхпроводящие магнитные системы, ответственные устройства специальной техники, измерительные приборы рекордной чувствительности и точности. Последнее относится к тем сферам деятельности, в которых применение сверхпроводников дает либо принципиально новое качество производимой продукции, как в случае магниторезонансных томографов или высокоградиентных магнитных сепараторов, либо совершенно новое оборудование, как сверхпроводниковый индуктивный накопитель электроэнергии с неограниченным сроком ее хранения.
Кроме этого потенциальная выгода от широкого использования явления сверхпроводимости очевидна: радикальное снижение потерь электроэнергии при ее выработке и передаче, уменьшение в разы размеров генерирующего оборудования и двигателей. Ученые всей земли долго бились над проблемой практического применения сверхпроводимости, и, похоже, что этот вопрос успешно разрешился. Человечество "оседлало" сверхпроводимость. Это явление все чаще используется в современной электронике, энергетике, промышленности и медицине.
Вывод
В недалеком будущем сверхпроводимость станет одной из базовых составляющих технического прогресса во многих секторах экономики и будет играть важную роль в нашей повседневной жизни.
Согласно данным известного в Европе консорциума Conectus, специально созданного в целях изучения и пропаганды возможностей коммерческого использования явления сверхпроводимости, международный рынок оборудования, использующий это явление, к 2010 году составил 5 млрд. $ и вырастит до 38 млрд. $ к 2020 году.
Таким образом, выдвинутая мной гипотеза подтвердилась: будущее сверхпроводниковых технологий - наше ближайшее будущее.
